一种原位负载纳米粒子柔性传感电极的制备方法，属于柔性传感领域。主要包括以下步骤：(1)导电聚合物络合物和金属酸混合，通过金属酸质子化聚阴离子诱导导电聚合物链重排提高电导率和导电聚合物原位限域还原金属酸产生金属纳米粒子，二者协同制备柔性高性能过氧化氢传感电极；(2)在导电聚合物络合物溶液中加入乙二醇，提高溶液粘度，限制金属纳米粒子的聚集；(3)将导电聚合物络合物和金属酸的混合溶液涂敷在柔性基底上制备成柔性过氧化氢传感电极。所制备的柔性传感电极具有高灵敏度，可用于检测过氧化氢浓度。可用于检测过氧化氢浓度。可用于检测过氧化氢浓度。
【技术实现步骤摘要】
一种原位负载纳米粒子柔性传感电极的制备方法
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[0001]本专利技术通过贵金属酸诱导导电聚合物链段重排与导电聚合物原位还原贵金属酸生成纳米粒子二者同步耦合制备均匀负载纳米粒子的柔性传感电极，用于生命及其代谢过程中过氧化氢传感，属于柔性传感领域。
技术介绍
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[0002]过氧化氢是多种生物化学反应中的活性氧载体及生物分子酶促反应的产物，如葡萄糖、乳酸、胆固醇等。因此，体内过氧化氢浓度成为诊断心血管疾病、神经系统疾病、癌症以及糖尿病等症状的诊断指标。实时监测人体中过氧化氢和生物酶促反应产生的过氧化氢浓度，对于诊断和预防相关疾病具有重大意义。
[0003]传统医疗检测通常采用大型的分析设备进行分析，其造价昂贵、体积庞大、操作耗时且需要专业人员操作，不能满足家庭使用需求。开发微型化、操作方便、柔性且价格低廉的过氧化氢传感电极成为当前需求。电化学过氧化氢传感器通过负载过氧化氢酶电极催化其氧化反应，产生氧化还原电流，获得过氧化氢浓度。其操作简单且易于微型化，可满足上述要求。然而，酶电极活性易受外界温度、氧含量、pH值和其它化学物质干扰，因此开发无酶负载的高性能过氧化氢传感电极，在推动实时医疗检测方面具有广阔的前景。
[0004]在传感电极上负载稳定且高效的金属纳米粒子催化剂实现过氧化氢的催化氧化，可以提高传感电极的稳定性和检测灵敏度。目前，在电极上负载金属纳米粒子的方法主要包括直接共混法(Pedro J.L.,Biosensors and Bioelectronics,2014,56,345
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351)和电化学沉积法(Zhang Y.Y.,Analytical Chemistry,2014,86,9459
‑
9465)。直接共混法制备的电极金属纳米粒子分散性较差而电沉积法造成金属纳米粒子粒径较大，二者都会减小金属纳米粒子的比表面积，降低催化活性位点数目，导致传感器灵敏度下降。此外，柔性导电聚合物可以用于金属纳米粒子的载体制备柔性传感电极，但由于导电聚合物电导率低，阻碍了电子界面传输，降低了传感器的灵敏度和响应时间。
[0005]本专利技术提出原位限域反应策略，利用强酸性贵金属酸诱导导电聚合物链段重排提高其电导率，同时导电聚合物原位限域还原贵金属酸生成金属纳米粒子，实现聚合物链段重排与金属纳米粒子均一生成同步进行，制备均匀分散小粒径金属纳米粒子负载的柔性过氧化氢传感电极。该柔性过氧化氢传感器具有可穿戴、高灵敏、微型化、易集成、检测范围宽及信号易于提取等优势，为制备高性能柔性可穿戴过氧化氢传感提供新手段，同时对于开发可穿戴传感器件、推进智慧医疗及缓解医疗压力具有重要的实际意义。
技术实现思路
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[0006]本专利技术的目的是制备一种可用于人体健康监测的柔性高灵敏过氧化氢传感器。采用原位限域反应策略，将贵金属酸与导电聚合物络合物在乙二醇(EG)水溶液中均匀溶解并旋涂制备柔性催化电极膜。利用贵金属酸质子化聚阴离子促进导电聚合物链段重排(重结晶)，提高电极的电导率；同时导电聚合物通过原位限域还原贵金属酸获得均匀分散的小粒
径金属纳米粒子(约4nm)。获得金属纳米粒子均匀负载在导电聚合物络合物的柔性过氧化氢传感电极，用于对过氧化氢浓度的高灵敏稳定性检测。
[0007]负载金属纳米粒子的导电聚合物络合物柔性过氧化氢传感电极的制备包括以下几个步骤：
[0008](1)导电聚合物络合物水分散液(质量分数1％
‑
2％)与乙二醇(EG)均匀混合获得具有一定粘度的溶液(EG体积分数5％
‑
50％)，然后在上述溶液中加入表面活性剂(Triton X
‑
100)(体积分数0.4％
‑
4％)，充分搅拌；
[0009](2)将贵金属酸溶解在步骤(1)所得的溶液中(浓度：20
‑
100mM)，搅拌至混合均匀；
[0010](3)将柔性致密基底清洗后，进行亲水改性(包括采用氧等离子体进行亲水改性)；
[0011](4)将步骤(2)混合均匀后的混合溶液在步骤(3)的基底上旋涂，之后在加热台上退火15分钟；
[0012](5)将步骤(4)中退火后的基底洗涤，干燥，得到金属纳米粒子负载的导电聚合物络合物柔性过氧化氢传感电极；
[0013]所述的导电聚合物络合物由导电聚合物和聚阴离子通过静电络合而成，导电聚合物具有π共轭的长链；如PEDOT、PEDOT、聚苯胺(PANI)等。
[0014]所述的贵金属酸选自H2PtCl6、HAuCl4、PdCl2等
[0015]所述的柔性致密基底选自聚酰亚胺(PI)、PET等。
[0016]金属纳米粒子负载的导电聚合物络合物柔性过氧化氢传感电极的评价步骤为：
[0017](a)将步骤(2)中的混合溶液旋涂在氧等离子体亲水改性的石英片上，经过退火、洗涤和干燥后，采用四探针电导率测试仪测试电导率；
[0018](b)将步骤(a)中薄膜从基底上剥离，利用透射电镜表征其金属纳米粒子的负载及分布；
[0019](c)将制备步骤(5)中的电极连接电化学工作站，金属纳米粒子负载的导电聚合物络合物柔性电极作为工作电极，Ag/AgCl为参比电极，玻碳电极(GCE)为对电极放入电化学池中施加恒定电压(
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0.2～
‑
0.5V)，逐步加入不同浓度的过氧化氢测试其计时电流曲线；然后检测待测物的电流与计时电流曲线比较得到浓度。
[0020]本专利技术的技术原理
[0021]本专利技术采用导电聚合物络合物作为柔性电极材料，它是由导电聚合物和聚阴离子通过静电络合而成。强酸性贵金属酸加入到导电聚合物络合物的分散液中将聚阴离子质子化，减弱其与导电聚合物的静电作用，促进导电聚合物链段通过π
‑
π作用重结晶，提高电极的电导率；同时，导电聚合物在EG的限域下原位还原贵金属酸产生均匀分散的金属纳米粒子(粒径约4nm)，增加活性位点，催化过氧化氢电极反应。因此，增加柔性电极的电导率(促进电子传输)和提高金属纳米粒子的活性位点(提高催化效率)，二者协同提高柔性过氧化氢传感器的灵敏度和及降低了最低检测限，实现其高灵敏稳定检测过氧化氢的浓度。
附图说明：
[0022]图1为添加氯铂酸前后导电聚合物络合物聚(3，4
‑
乙烯二氧噻吩单体)：聚苯乙烯磺酸盐(PEDOT:PSS)的X射线衍射图谱。加入氯铂酸后出现了新的衍射峰表明导电聚合物发生重结晶；
[0023]图2为在PEDOT:PSS分散液中加入不同浓度的H2PtCl6对PEDOT:PSS电导率的影响；
[0024]图3为PEDOT:PSS的透射电镜图；
[0025]图4为负载铂纳米粒子(PtNP)的PEDOT:PSS透射电镜图；
[0026]图5为旋涂在聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)基底的负载铂纳米粒子的PEDOT:PSS(PtNP@PEDOT:PSS)传感电极；
[0027本文档来自技高网...
【技术保护点】
【技术特征摘要】
1.一种原位负载纳米粒子柔性传感电极的制备方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)导电聚合物络合物水分散液(质量分数1％
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2％)与乙二醇(EG)均匀混合获得具有一定粘度的溶液(EG体积分数5％
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50％)，然后在上述溶液中加入表面活性剂(Triton X
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100)(体积分数0.4％
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4％)，充分搅拌；(2)将贵金属酸溶解在步骤(1)所得的溶液中(浓度：20
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100mM)，搅拌至混合均匀；(3)将柔性致密基底清洗后，进行亲水改性(包括采用氧等离子体进行亲水改性)；(4)将步骤(2)混合均匀后的混合溶液在步骤(3)的基底上旋涂，之后在加热台上退火15分钟；(5)将步骤(4)中退火后的基底洗涤，干燥，得到金属纳米粒子负载的导电聚合物络合物柔性过氧化氢传感电极。2.按照权利要求1所述的一种原位负载纳米粒子柔性传感电极的制备方法，其特征在于，所述的导电聚合物络合物由导电聚合物和聚阴离子通过静电络合而成，导电聚合物具有π共轭的长链；如PEDOT:PSS、PEDOT:tos、PANI:PSS等。3.按照权利要求1所述的一种原位负载纳米粒子柔性传感电极的制备方法，其特征在于，所述的贵金属酸选自H2PtCl6、HAuCl4、PdCl2等。4.按照权利要求1所述的一种原位负载纳米粒子柔性传感电极的制备方法，其特征在于，所述的柔性致...
【专利技术属性】
技术研发人员：殷明杰，吕天润，安全福，
申请(专利权)人：北京工业大学，
类型：发明
国别省市：
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